关于电磁感应现象的两种情况课件

解析：由题意可知圆形线圈A上产生的感生电动势 ΔB E＝n S＝100×0.02×0.2 V＝0.4 V， Δt E 0.4 V 电路中的电流 I＝ R ＋R ＝ 4 Ω＋6 Ω＝0.04 A. 1 2 电容器充电时的电压 UC＝IR2＝0.04 A×6 Ω＝0.24 V， 2 s后电容器放电的电荷量 Q＝CUC＝30×10－6 F×0.24 V ＝7.2×10－6 C. 答案：0.24 V 7.2×10－6 C
F的方向竖直向下．在力F的作用下，自由电子沿导体向 下运动，使导体下端出现过剩的负电荷，导体上端出现过剩 的正电荷．结果使导体上端D的电势高于下端C的电势，出现 由D指向C的静电场．此电场对电子的作用力F′是向上的，与 洛伦兹力的方向相反．随着导体两端正、负电荷的积累，场 强不断增强，当作用在自由电子上的静电力F′与洛伦兹力F 互相平衡时，DC两端便产生了一个稳定的电势差．如果用另 外的导线把CD两端连接起来，由于D端电势比C端高，自由 电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针方向流动，形 成逆时针方向的感应电流如图乙所示．电荷的流动使CD两端 积累的电荷减少，洛伦兹力又不断地使电子从D端运动到C端， 从而在CD两端维持一个稳定的电动势．
我们知道，常温下的气体是绝缘体，须在6000℃以上才能 电离，这样的高温是难以达到的．为使气体在较低温度下 (3000℃左右)就能电离，可在高温燃烧的气体中添加一定比例 (1%)的容易电离的低电离电位物质(如钾、铯等碱金属化合 物)．磁流体发电机燃烧室产生的高温等离子体经喷管提高流 速，以高温高速进入发电通道，切割磁感线产生电磁感应，并 在电极壁的两极上形成电动势．或者说，离子在洛伦兹力的作 用下，不断奔向两电极，从而形成电势差对外供电．
变化的磁场在闭合导体所在空间产生电场，导体内

由电荷的电场 静电力
力
导体中自由电 荷所受洛伦兹 力沿导体方向 的分力
感生电动势
动生电动势
回路中相当于电 处于变化磁场中 做切割磁感线运动的导
源的部分
的线圈部分
体
通常由右手定则判断，也 方向判断方法 由楞次定律判断
可由楞次定律判断
大小计算方法
由 E＝nΔΔΦt 计算
通常由 E＝Blvsinθ 计算， 也可由 E＝nΔΔΦt 计算
3．感生电场可用电场线形象描述，但感生电场的电场 线是闭合曲线，所以感生电场又称为涡旋电场．这一点与 静电场不同，静电场的电场线不闭合．
4．感生电场可以对带电粒子做功，可使带电粒子加速 和偏转．
二、感生电动势与动生电动势的对比
感生电动势 动生电动势
产生原因
导体做切割磁 磁场的变化
感线运动
感生电场对自 移动电荷的非
3．感生电场的方向 磁场变化时，垂直磁场的闭合环形回路(可假定 存在)中 感应电流 的方向就表示感生电场的方向.
电磁感应现象中的洛伦兹力
1.成因：导体棒做切割磁感线，导体棒中的自由电荷 随棒一起定向运动，并因此受到 洛伦兹力．
2．动生电动势 (1)定义：如果感应电动势是由于 导体运动 产生的， 它也叫做动生电动势． (2)非静电力：动生电动势中，非静电力是洛伦兹力 沿 导体棒方向的分力．
势 E2＝ΔΔΦt22＝ΔΔBt22S，由 ΔB1＝ΔB2，Δt2＝2Δt1，故 E1＝2E2， 由此可知，A 项正确．
答案：A
电磁感应中的能量转化与守恒
图中虚线为相邻两个匀强磁场区域 1 和 2 的边 界，两个区域的磁场方向相反且都垂直于纸面，磁感应强 度大小都为 B，两个区域的高度都为 L.一质量为 m、电阻 为 R、边长也为 L 的单匝矩形导线框 abcd，从磁场区域 上方某处竖直自由下落，ab 边

4. 分析结果
根据记录的数据，分析电磁感应 现象中产生的电动势大小和方向 与磁场变化的关系，验证法拉第 电磁感应定律。
5. 清理实验现场
实验结束后，关闭电源，拆解电 路，整理实验器材。
05
电磁感应现象的意义与影响
对现代电力工业的影响
发电
发电机利用电磁感应原理将机械 能转化为电能，为现代电力工业
提供源源不断的能源。
智能电网
智能电网的建设需要大量应用电磁感应技术，实 现高效、安全、可靠的电力传输和分配。
3
交通领域
未来交通工具如电动汽车、高速磁悬浮列车等将 大量应用电磁感应技术，提高运行效率和安全性 。
学生自我评估与反馈
学生应自我评估对本课程内容的掌握程度，是否理解了电磁感应现象的基本概念和法拉第电磁感应定律的原理 。
用于测量感应电流的大小 和方向。
导线
连接电源、线圈、电流计 和磁铁。
实验步骤与观察
2. 启动实验
打开电源，逐渐增加磁场强度或 改变磁场方向，观察灵敏电流计 的读数变化。
1. 连接电路
将电源、线圈、电流计和磁铁按 照电路图正确连接，确保线路接 触良好。
3. 记录数据
在实验过程中，记录不同磁场强 度和方向下，感应电流的大小和 方向变化。
输电
高压输电线路利用电磁感应原理 将电能高效地传输到各个角落，
满足人们的电力需求。
配电
配电系统利用电磁感应原理实现 电能的分配和管理，保障电力供
应的稳定性和可靠性。
对现代电子工业的影响
电子设备
各种电子设备如电视、电脑、手机等 都离不开电磁感应的应用，如变压器 、电感器等。
通信技术
无线通信和光纤通信技术利用电磁感 应原理实现信息的传输和处理，极大 地促进了现代电子工业的发展。

30°
高中物理选修3-2课件
则金属棒 ab 接入回路的 bc 部分切割磁感线产生的 感应电动势为： E＝Bv0 bc ＝Bv20ttan30° 在回路 bOc 中，回路总感应电动势具体由导体 bc 部分产生，因此，回路内总的感应电动势为：E 总 ＝E＝ 3Bv20t/3.
高中物理选修3-2课件
核心要点突破
一、感生电动势 1．产生机理 如图4－5－1所示，当磁场变化时，产生的感生电 场的电场线是与磁场方向垂直的曲线．如果空间存 在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作 用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产 生了感应电动势．
高中物理选修3-2课件
图4－5－1
高中物理选修3-2课件
【答案】 E＝ 33Bv20t
【规律总结】 由 E＝Blv 计算导体切割磁感线产 生的动生电动势问题，若 l 不变，当 v 是瞬时速度 时，可求 E 的瞬时值，当 v 是平均速度时，可求平 均感应电动势．若 l 变化，求瞬时值时，需用该时 刻的 l 及 v 代入；而求平均值通常由 E＝nΔΔΦt 求得．
图4－5－2
高中物理选修3-2课件
2．特点 (1)感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的. (2)感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无 关. 3．方向判定 感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路) 中感应电流的方向确定，即利用楞次定律判断.
高中物理选修3-2课件
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．某空间出现了如图4－5－3所示的磁场，当磁感 应强度变化时，在垂直于磁场的方向上会产生感生 电场，有关磁感应强度的变化与感生电场的方向关 系描述正确的是( )
【思路点拨】 回路中原磁场方向向下，且磁通 量增加，由楞次定律可以判知，感应电流的磁场 方向向上，根据安培定则可以判知，ab中的感应 电流的方向是a→b，由左手定则可知，ab所受安 培力的方向水平向左，从而向上拉起重物．

第5节
电磁感应现象的两类情况
感生电场
1.变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产
生电场（19世纪60年代由麦克斯韦提出）。这个
电场就叫做感生电场。 2.磁场变化时，产生的感生电场的电场线是与磁
场方向垂直的曲线（方法遵循楞次定律）。
磁场变强
感生电场
3.感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。 感生电场的产生跟空间中是否存在闭合电路无关。
感生电场
练案 P7 第1小题
练案 P7
练案 P7
第3小题
第4小题
练案 P8
第1小题
动生电动势
1．导体在做切割磁感线运动时，导体内自由电荷 随导体在磁场中运动，受洛伦兹力而定向移动， 这样自由电荷在导体两端聚集，从而使导体两端 产生电势差（动生电动势） 2.若电路闭合，则电路中产生感应电流。 3.当电路不闭合时，切割磁感线的导体两端积聚 电荷，又在导体内产生附加电场，其他电荷在受 洛伦兹力的同时也受电场力作用，最终电荷受力 平衡时定向移动停止（离子速度选择器）
A．小球对玻璃圆环的压力一定不断增大
B．小球所受的磁场力一定不断增大 C．小球先逆时针减速，之后顺时针加速 D．磁场力对小球一直不做功
静电场与感生电场
静电场 起源 电场 线形 状 电场 的性 质 电荷
非闭合曲 线无旋场
感生电场 变化磁场
闭合曲线 有旋场
dB 0 dt
＋
保守力场 有源场
非保守力场 无源场
4.如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就
会在电场力的作用下定向移动，而形成感应电流；
如果导体不闭合，则导体中只产生电势差（感应
电动势），没有感应电流。
5.自由电荷受到的是感生电场对它的非静电力。

电磁感应现象
一、划时代的发现
1.1820 年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,即“电能生磁”。 2.1831 年英国科学家法拉第发现了电磁感应现象,即“磁可以生电”。
思考电流的磁效应与电磁感应现象有什么区别?
提示:尽管这两种现象都说明了电现象与磁现象之间有密切的联系,但 它们是因果关系相反的两类现象,电流的磁效应是“电生磁”,而电磁感应现 象是“磁生电”。
●名师精讲●
1.产生感应电流的常见情况
(1)导线 ab 切割磁感线时,闭合回路产生电流(如图甲)。 (2)磁铁插入或拔出线圈时,回路中产生电流(如图乙)。 (3)如图丙,当开关 S 闭合或断开时,回路 B 中产生电流;滑动变阻器向 上或向下滑时,回路 B 中产生电流。
2.感应电流的产生条件 感应电流的产生条件,归根结底,是穿过闭合电路的磁通量发生变化,而 不是穿过闭合电路磁通量的有无或大小。即使闭合电路中有很强的磁场, 其磁通量尽管很大,但不发生变化时,仍无感应电流产生。
【例题 2】 如图所示,竖直放置的长直导线通有恒定电流,有一矩形线 框与导线在同一平面内,在下列情况中,线圈能产生感应电流的是( )
A.导线中电流变大 B.线框向右平动 C.线框向下平动 D.线框以 ab 边为轴转动 E.线框以直导线为轴转动
解析:本题考查的内容是感应电流的产生条件。 对 A 选项,因 I 增大而引起导线周围的磁场 增强,使穿过线框的磁通量增大,故 A 正确。 对 B 选项,因离开直导线越远,磁感线分布 越疏(如图甲所示),因此线框向右平动时,穿过 线框的磁通量变小,故 B 正确。 对 C 选项,由图甲可知,线框向下平动时穿过线框的磁通量不变,故 C 错 误。 对 D 选项,可用一些特殊位置来分析。当线框在图甲所示位置时,穿过 线框的磁通量最大;当线框转过 90°时,穿过线框的磁通量为零,因此可以判 定线框以 ab 边为轴转动时磁通量一定变化,故 D 正确。 对 E 选项,先画出俯视图如图乙所示,由图可看出,线框绕直导线转动时, 在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变,因此无感应电流,故 E 错误。

总结： 感生电动势在电路中的作用就是电源，其 电路就是内电路,当它与外电路连接后就 会对外电路供电. 感应电场（也叫感生电场）是产生感应 电流或感应电动势的原因,感应电场的方 向同样可由楞次定律判断.
14
二、洛伦兹力与动生电动势
15
理论分析：
× × × × × × ×
_× _ _
f f ×
×
× × ×
v
× × ×
_ _ _
f
× ×
17
二、洛伦兹力与动生电动势
一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非 静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动 势叫动生电动势
动生电动势的大小：若导线与磁场垂直，则电动势大 小为
E Blv
18
动生电动势 特 点 原 因 非的 静来 电源 力 磁场不变，闭合电路的整 体或局部在磁场中运动导 致回路中磁通量的变化 由于S的变化引起 回路中变化
二、洛伦兹力与动生电动势
例3如图，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生 一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法 中正确的是（ AB ） A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生 电动势 B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关 C．动生电动势的产生与电场力有关 D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一 样的
感生电动势 闭合回路的任何部分都不 动，空间磁场发生变化导 致回路中磁通量变化 由于B的变化引起 回路中变化 变化磁场在它周围空间激发 涡旋电场，非静电力就是感 生电场力，由感生电场力对 电荷作功而产生电动势 楞次定律判断
19
非静电力就是洛仑兹力， 由洛仑兹力对运动电荷 作用而产生电动势
方 向
右手定则
铁
芯
线圈
磁场 B 电 子 束

路中都会建立起感应电动势，且此感应电动势正比于 磁通量对时间变化率的负值。
i
k
dΦ dt
在国际单位制中：k = 1
法拉第电磁感应定律
式中负号表示感应电动势方向与磁通量变化的关系。
注： 若回路是 N 匝密绕线圈
-N d - d(N) - d
dt
dt
dt
NΦ
磁通链数
二、电磁感应规律 2. 楞次定律 闭合回路中感应电流的磁场总是要反抗引起
L A O B
εi
d
dt
1 BL2 dθ 1 BL2ω
2
dt 2
<
0
动生电动势方向：A O O端电势高
例17.5 在空间均匀的磁场B Bz中，长为L的导
线ab绕z轴以 匀速旋转，导线ab与z轴夹角为
求：导线ab中的电动势。
解：建坐标，在坐标l 处取dl
B
该段导线运动速度垂直纸面向内
dΦ
1 R (Φ1
Φ2 )
q只与磁通量的改变量有关，与磁通量改变快慢无关。
例17.1 设有长方形回路放置在稳恒磁场中，ab边可以 左右滑动，如图磁场方向与回路平面垂直，设导体以
速度 v 向右运动，求回路上感应电动势的大小及方向。
解：取顺时针为回路绕向， ×c × × × b × ×
ε 设ab = l，da = x，则通过回路 × ×L × × ×v ×
b
结 1、动生电动势只存在于运动的导体上，不运动的 论 导体没有动生电动势。
2、电动势的产生并不要求导体必须构成回路， 构成回路仅是形成电流的必要条件。
3、要产生动生电动势，导体必须切割磁感线。
导线AB在单位时间内 扫过的面积为：
ABBA vl

小试牛刀
如图4.5-4甲所示，100匝的线圈(图中只画了2匝）两端A、 B与一个电压表相连．线圈内有垂直指向纸内方向的磁场， 线圈中的磁通量按图乙所示规律变化． （1）电压表的读数等于多少？ （2）请在线圈位置上标出感生电场的方向。 （3）A、B两端，哪端应该与电压表标+号的接线柱连接？
(1)50V
根据E=BLv=4.7×10-3×12.7×0.7×340 V=0.14 V. 根据右手定则可知，左侧机翼尖电势高.
小试牛刀
设图中的磁感应强度B=1T，平行导轨宽l=1m，金属棒 以1m/s速度帖着导轨向右运动，R=1Ω，其他电阻不 计． （1）运动的导线会产生感应电动势，相当于电源．用 电池等符号画出这个装置的等效电路图． （2）通过R的电流方向如何？大小等于多少？
第五节 电磁感应现象的两类情况
复习
+ + + +
+ + + + +
+
+
-
+
-
非静电力做功把其它形式的能转化为电能
电池：化学作用
非静电力
一、电磁感应现象中的感生电场
一个闭合电路静止于磁场中, 由于磁场强弱的变化,闭合电 路内产生了感应电动势. 这种情况下,哪一种作用是非 静电力?
感生电动势： 磁场变强
4∶1
2∶1
1、由于导体切割磁感线而产生的感应电 动势叫动生电动势. 2、动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关.
注意：动生电动势与洛伦兹力有关，但洛 伦兹力始终不做功.
小试牛刀
国庆阅兵时，我国的“飞豹FBC-1”型歼击轰 炸机在天安门上空沿水平方向自东向西呼啸而 过．该机的翼展为12.7米，北京地区地磁场的 -5 竖直分量为4.7×10 T，该机飞过天安门时的 速度为声速的0.7倍，求该机两翼尖间的电势 差．那端的电势比较高？